張 明 王立健 任澤儉

（1.水發(fā)公用事業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250109；2.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109）

0 概述

大屯水庫位于德州市武城縣，南水北調(diào)東線一期工程末端。該水庫的主要功能是調(diào)蓄向德州市供水。大屯水庫最大庫容5 209 萬m3，相應(yīng)蓄水設(shè)計(jì)位29.80 m，死庫容745萬 ，相應(yīng)設(shè)計(jì)死水位21.00 m，水庫調(diào)節(jié)庫容4 464 萬m3。入庫泵站設(shè)計(jì)流量為12.65 m3/s，引江水通過水庫調(diào)蓄后，向德城區(qū)和武城縣城區(qū)全年均勻供水，利用壓力管道輸水至德城區(qū)及武城縣水廠。主要建筑物有圍壩、入庫泵站樞紐、供水洞及六五河節(jié)制閘等工程。機(jī)組運(yùn)行時(shí)前池水位為19.4 m ～19.8 m。

該次清污設(shè)施功能完善工程屬入庫泵站附屬工程，清污閘設(shè)計(jì)流量12.65 m3/s，攔污索處引水流量12.65 m3/s，設(shè)計(jì)水位20.00 m。該處六五河防洪流量226 m3/s，除澇流量149.2 m3/s。六五河節(jié)制閘設(shè)計(jì)擋水位21.00 m，排澇水位22.40 m。

1 現(xiàn)狀清污閘優(yōu)化改造的必要性

1.1 現(xiàn)狀清污設(shè)施

現(xiàn)狀清污閘長(zhǎng)12.0 m，凈寬4.0 m，上游采用M10 漿砌石扭面與引渠銜接，清污閘采用鋼筋砼開敞式閘室結(jié)構(gòu)，墩頂高程22.00 m，上設(shè)攔污柵與清污機(jī)，并設(shè)有檢修橋與清污橋。清污閘下游接泵站前池，水平投影長(zhǎng)20 m，底寬由4.0 m 漸變至18.3 m，擴(kuò)散角19.672°，滿足最小擴(kuò)散錐角要求。前池底板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.5 m，底板頂高程由17.90 m 降至15.90 m，底板頂高程由17.90 m 降至16.30 m，底坡1 ∶12.5。

清污閘上設(shè)清污機(jī)一臺(tái)，孔口寬4.0 m。該處渠底高程17.90 m，渠頂高程22.0 m。清污機(jī)為往復(fù)式液壓抓斗式，柵體與渠底呈傾斜角70°布置。清污機(jī)柵條規(guī)格為80 mm×10 mm/Q235，柵條凈距為120 mm，柵條背水面上下各用一道槽鋼橫梁加固，設(shè)計(jì)上、下游水頭差1.0 m。用清污機(jī)攔截水流中的漂浮物，并將污物自動(dòng)卸在清污橋面上，由人工運(yùn)出。

1.2 現(xiàn)有清污機(jī)在運(yùn)行中存在的問題

泵站調(diào)水運(yùn)行期間，上游河道兩側(cè)的被風(fēng)吹進(jìn)的生活垃圾、樹木、樹枝、雜草等經(jīng)過水流的沖擊，大量的污物都堵塞在攔污柵上[4]，大大減小了過柵流量。同時(shí)因清污機(jī)工作動(dòng)作復(fù)雜、單耙效率低下、卸污效果差，且每個(gè)洞口都需人工手動(dòng)操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又不能及時(shí)將污物從渠道內(nèi)清理出來，在進(jìn)水口處形成擁堵，嚴(yán)重影響泵站正常調(diào)水作業(yè)。主要存在以下4 個(gè)問題。1）耙斗自重小，隨著污物增多及種類變化，耙斗不能較好地清理污物，尤其是水草漂浮在水面，積聚多時(shí)，造成耙斗不能下沉打撈污物。2）清污機(jī)上部缺少有效的卸污翻轉(zhuǎn)裝置，由于耙斗式清污機(jī)工作的線性原理，污物到達(dá)頂部后，部分污物難以落到皮帶機(jī)上，而是重新滑落至柵前水面上。3）自動(dòng)化控制系統(tǒng)與清污機(jī)PLC 中斷，不適應(yīng)工程的運(yùn)行管理。4）在不考慮柵條阻水損失的情況下，根據(jù)凈寬4 m、底板高程17.9 m、柵前水位19.9 m，泵站設(shè)計(jì)流量12.65 m3/s 時(shí)，初步計(jì)算孔口流速為1.58 m/s，過柵流速明顯大于要求。對(duì)泵站前池水流流態(tài)影響較大，很紊亂，泵站機(jī)組運(yùn)行存在較大安全隱患[3]。

1.3 清污機(jī)技術(shù)改造的必要性

由于南水北調(diào)東線渠道大部分利用原有湖泊和河道，特別是利用老六五輸水河道，沒有護(hù)砌和封閉管理，造成泵站調(diào)水運(yùn)行期間，引水渠中污物量大，種類繁雜，攔污柵淤堵嚴(yán)重，上下游水頭差較大。同時(shí)因清污機(jī)工作動(dòng)作復(fù)雜、單耙效率低下、卸污效果差，污物清除不及時(shí)，在進(jìn)水口處形成擁堵，嚴(yán)重影響泵站的正常調(diào)水作業(yè)。為了防止污物進(jìn)入泵站前池，提高水泵的運(yùn)行效率，對(duì)大屯水庫清污設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化改造和功能完善十分必要。

2 清污機(jī)的選型

清污機(jī)的形式主要有耙斗式和回轉(zhuǎn)齒耙式2 類。清污機(jī)在選型時(shí)一般根據(jù)運(yùn)行時(shí)可能存在的污物量的多少和污物的類型，再結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)布置方式來確定，在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先調(diào)查運(yùn)行狀態(tài)和控制目標(biāo)。耙斗式清污機(jī)按安裝方式分為固定式和移動(dòng)式，耙斗的開閉方式又分為繩索式和液壓驅(qū)動(dòng)式，耙斗式清污機(jī)適用于水電站進(jìn)水口攔污柵的清污比較多。而回轉(zhuǎn)齒耙式清污機(jī)在南水北調(diào)東線泵站工程進(jìn)水口的清污與攔污柵做成整體運(yùn)用比較成功。液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是目前清污機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)主要方式。

2.1 耙斗式清污機(jī)

根據(jù)布置方式可以采用固定式、移動(dòng)式和單軌懸吊式[5]。耙斗的形式有斗狀或齒耙狀。而斗狀耙斗主要適合清理樹枝、樹根及塊狀等浮游桿狀及大尺寸垃圾。齒耙式耙斗主要適用清理水草等較細(xì)軟的污物。

2.2 回轉(zhuǎn)齒耙式清污機(jī)

這種形式的清污機(jī)主要適用于小樹枝、水草等體積較小而數(shù)量較多的情況下的雜物清理[1]。大屯水庫工程自2013 年運(yùn)行以來，大體積的污物如樹根、大的塊狀建筑垃圾已經(jīng)很少量存在，主要是以小樹枝、水草等體積較小的污物為主。清理不干凈易影響泵站機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

綜合比較，采用回轉(zhuǎn)齒耙式清污機(jī)，符合該工程實(shí)際。

3 清污閘優(yōu)化改造的主要建設(shè)內(nèi)容

大屯水庫清污設(shè)施功能完善工程任務(wù)是通過改建入庫泵站清污閘和在六五河上增設(shè)攔污索，攔污索[2]和清污閘共同運(yùn)用，可基本清除所控范圍內(nèi)六五河河道內(nèi)的污物。提升清污設(shè)施清污能力，改善前池進(jìn)水流態(tài)和泵站運(yùn)行條件，提升泵站機(jī)組運(yùn)行效率。

3.1 清污閘改建工程

大屯水庫清污設(shè)施改造工程順?biāo)飨蛞来螢樯嫌芜B接段、清污閘及下游連接段。

上游銜接段采用M10 漿砌塊石扭面長(zhǎng)8 m。清污閘段長(zhǎng)16.5 m，布置回轉(zhuǎn)式清污機(jī)2 臺(tái)，攔污柵2 扇，配套污物輸送皮帶機(jī)1 臺(tái)，首端設(shè)有吊物柱、手動(dòng)葫蘆及檢修橋以便檢修及維護(hù)，檢修橋?qū)?.5 m，清污閘末端設(shè)清污橋，考慮到清污機(jī)滾筒及齒輪占用寬度及污物多，需要雙向交通等因素，擬定橋面寬8 m，兩側(cè)設(shè)橋頭搭板，橋面設(shè)置鋪裝層。清污閘后接前池連接段，底坡仍為1 ∶12.5，兩側(cè)采用U 型槽與現(xiàn)狀擋墻銜接。

3.2 增設(shè)攔污索工程

在六五河節(jié)制閘和引水閘順?biāo)飨蜉S線交點(diǎn)處六五河上游50 m 處新建攔污索1 道，包括固定樁柱、固定索、套索及行走裝置。設(shè)置2 排固定樁柱，左右岸各2 棵，直徑0.6 m 鉆孔灌注樁，樁頂高程20.00 m，底高程2.4 m，樁上部為C30 鋼筋混凝土柱，柱頂高程22.00 m，與左岸戧臺(tái)平齊，兩排樁間距2.6 m，上游側(cè)樁設(shè)置固定索2 根，長(zhǎng)50 m，下游側(cè)樁設(shè)固定索2 根，攔污索1 根，抓斗及行走裝置固定在固定索上。左岸設(shè)置5 t 卷揚(yáng)機(jī)拉伸，抓斗采用往復(fù)式運(yùn)動(dòng)于固定索上，以達(dá)到將污物拉至左岸進(jìn)行清除之目的。

3.3 閘基防滲、排水設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)資料，閘基為裂隙黏土，閘基允許滲流坡降值水平段建議為 0.15，出口段建議為0.25。清污閘防滲長(zhǎng)度16.5 m，滿足規(guī)范要求。閘室下游前池兩側(cè)擋土墻立墻根部均設(shè)置PVC 排水管，管徑50 mm，及時(shí)消減墻后水壓力。

3.4 電氣部分

六五河節(jié)制閘160 kVA 變壓器，能夠滿足其上游一道攔污索配套的3 kW 的卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的起動(dòng)要求?？梢越又灵l配電柜出線回路。泵站500 kVA 站用變壓器，能夠滿足18.5 kW 清污機(jī)電機(jī)的起動(dòng)要求[6]?？梢越又疗渑潆姽癯鼍€回路。因此，對(duì)改建后電纜走線及控制均按原型式予以恢復(fù)。

3.5 金屬結(jié)構(gòu)部分

泵站前池進(jìn)口設(shè)回轉(zhuǎn)式清污機(jī)2 臺(tái)。清污機(jī)型號(hào)為HQ 5.0 mm×5.0 m，設(shè)計(jì)安裝角度70°，清污機(jī)前最高水位為21.80 m，設(shè)計(jì)水頭差2.0 m。清污機(jī)柵條規(guī)格為80 mm×10 mm，柵條凈距為100 mm。每臺(tái)清污機(jī)配套電動(dòng)機(jī)功率5.5 kW。攔污柵主體材質(zhì)為Q235B，聯(lián)接螺栓螺母、滾子、套筒、鏈板等材料為不銹鋼材料。清污機(jī)預(yù)埋件采用型鋼和鋼板焊接件，全部為一期預(yù)埋。清污機(jī)將污物自動(dòng)卸在清污橋的皮帶輸送機(jī)上，然后人工集中裝車運(yùn)出。清污機(jī)各部件的防腐蝕處理嚴(yán)格按照要求執(zhí)行。

3.6 觀測(cè)設(shè)計(jì)

清污閘觀測(cè)項(xiàng)目包括水位、沉降以及水平位移等。水位標(biāo)尺設(shè)在清污閘上下游水面平穩(wěn)、受水流影響較小的位置。利用在水庫己建好的基網(wǎng)和基點(diǎn)、工作基點(diǎn)，將沉陷、水平位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)分別布設(shè)在閘墩上下，各觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)宜設(shè)在同一條視準(zhǔn)線上。

4 結(jié)語

大屯水庫清污閘優(yōu)化改造項(xiàng)目的實(shí)施，大大提升了清污設(shè)施清污能力，改善了前池的進(jìn)水流態(tài)，解決了困擾大屯水庫的清污技術(shù)問題，改善了泵站的運(yùn)行條件，水流入前池更為順暢，水泵運(yùn)行更平穩(wěn)，噪聲更小，提升泵站機(jī)組運(yùn)行效率，達(dá)到預(yù)期效果，有利于大屯水庫安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。